利用任意信號發(fā)生器模擬高速光驅信號

　　從原理上講，AWG相當于一臺正在播放歌曲的CD機(只不過(guò)信號是任意組合的)，播放器的探頭讀取CD上以二進(jìn)制格式儲存的歌曲，數據經(jīng)過(guò)數模轉換器，放大后形成聲音，連續播放時(shí)，數據產(chǎn)生的音樂(lè )就可以從模擬喇叭中聽(tīng)到。AWG結構如圖1所示，聲波數據以二進(jìn)制形式駐留在存儲器中，二進(jìn)制數值通過(guò)主時(shí)鐘“取樣”，同時(shí)取樣時(shí)鐘還驅動(dòng)高速移位寄存器和數模轉換器。存儲器中保存的數據包含波形的振幅和位置信息，取樣時(shí)鐘的速率和取樣數據點(diǎn)總數量決定了信號輸出的頻率。

　　所有的波形都是由一系列數據點(diǎn)組成，輸出信號頻率可用時(shí)鐘取樣率除以波形點(diǎn)總數來(lái)確定。對于多周期波形，輸出頻率=取樣率×周期數/波形總點(diǎn)數。例如對最大取樣率為每秒4G采樣點(diǎn)的AWG來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)周期用兩個(gè)點(diǎn)來(lái)表示波形，可以產(chǎn)生2GHz信號，同理，每個(gè)周期用三個(gè)點(diǎn)可以得到1.3GHz信號，用四個(gè)點(diǎn)可以得到1GHz信號，并以此類(lèi)推。由于波形質(zhì)量直接與波形點(diǎn)總數和所選取樣率有關(guān)，因此驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員要掌握好它們之間的取舍。好在有些AWG內置有應用菜單，可讓用戶(hù)快速建立標準驅動(dòng)器信號，從而簡(jiǎn)化了波形的創(chuàng )建過(guò)程。

　　泰克的AWG710就是這樣一種設備，它依據的原理是幾乎所有磁盤(pán)驅動(dòng)器都采用飽和記錄來(lái)讀寫(xiě)數據。在這種情形下，磁盤(pán)上每個(gè)字節都極化成兩種狀態(tài)中的一種，也就是說(shuō)，通過(guò)簡(jiǎn)單改變寫(xiě)入頭電流的方向就可以將寫(xiě)入頭下面的磁介質(zhì)極性顛倒，從而對數據進(jìn)行編碼。之后，讀取頭將感應到磁盤(pán)上磁通量的逆轉，并對這種變化做出相應反應，這種轉換響應的有效模型是混合型洛侖茲和高斯脈沖。

　　通過(guò)改變洛侖茲和高斯脈沖的比率，可以建立讀/寫(xiě)信道信號模型，該模型能對一連串轉換做出響應，這些轉換代表了讀/寫(xiě)頭響應每個(gè)記錄媒介轉換時(shí)的輸出電壓，脈沖的符號隨連續磁通量的方向變化而變化。圖2是洛侖茲/高斯脈沖以50/50比率混合時(shí)建立的讀/寫(xiě)通道信號，另外AWG710還支持PR4、EPR4、E2PR4和用戶(hù)自定義脈沖。

　　為了正確模擬通道信號，可在混合信號中加入表示讀寫(xiě)數據時(shí)序的部分，它規定轉換的位置，這種時(shí)序可從簡(jiǎn)單1F或2F單頻模式到最大長(cháng)度為2^n-1的偽隨機位串(PRBS)或用戶(hù)自定義數據模式?；旌厦}沖和這些數據在A(yíng)WG中連接起來(lái)建立讀/寫(xiě)信道信號，也可以利用附加參數進(jìn)行編輯，如磁軌平均振幅(TAA)、脈沖寬度( PW)、非線(xiàn)性轉換位移(NLTS)及不對稱(chēng)信號等。

　　讀/寫(xiě)通道信號建立后，可通過(guò)圖形編輯器加入振幅和時(shí)鐘變量。圖3顯示將讀/寫(xiě)信號和一個(gè)脈沖連接起來(lái)，目的是對信號進(jìn)行改變，用圖形編輯器很容易插入遺失的字節或加入額外字節。圖中有兩個(gè)標記點(diǎn)，其中標記2表示每個(gè)數據點(diǎn)的時(shí)間，標記1代表整個(gè)波形記錄中脈沖的衰減情況。標記通常用于觸發(fā)讀寫(xiě)信號，或為信號采集裝置如示波器和邏輯分析儀確定觸發(fā)位置。圖4顯示了修正后的脈沖幅度。

　　設計人員改變時(shí)序可以幫助調試驗證后續硬件指標富余量。改變時(shí)序的方法與丟棄(或增加)字節很類(lèi)似，用指針確定相應的區域，對相應波形點(diǎn)進(jìn)行“縮放”以得到規定的時(shí)間位移。這里的縮放與放大縮小不同，是將每一個(gè)目標數據點(diǎn)都乘上或除以一個(gè)縮放系數?？s放允許時(shí)間位移超過(guò)4.0GS/s的250皮秒限制，對AWG710來(lái)說(shuō)，最小時(shí)鐘波形位移為400飛秒(fs)。

　　AWG同時(shí)還為驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員提供了波形實(shí)時(shí)排序能力。實(shí)時(shí)排序(RTS)有兩個(gè)重要作用，第一，它允許將多個(gè)波形無(wú)縫連接起來(lái)，不會(huì )影響輸出信號；第二，RTS可將較長(cháng)信號傳送給被測器件。這兩種功能可使驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員安排系列波形以對產(chǎn)品進(jìn)行長(cháng)期評估。

　　RTS的關(guān)鍵是對AWG存儲器進(jìn)行分配，沒(méi)有RTS的AWG必須存儲整個(gè)波形。例如要存儲三種不同的信號各500個(gè)周期，每個(gè)信號1,000個(gè)點(diǎn)，則需要能存儲150萬(wàn)點(diǎn)的RAM(3×500×1000)。而實(shí)時(shí)序列發(fā)生器可以不間斷地自動(dòng)重復每段波形，所以帶RTS的AWG只要存儲一個(gè)波形周期就可以了，用RTS儲存上述序列只需要存儲3,000點(diǎn)的RAM。由于A(yíng)WG存儲波形的容量有限，因此實(shí)時(shí)序列功能就顯得很重要。在有些應用中，以4.0GS/s(250皮秒間隔)模擬10毫秒寫(xiě)入需要4,000萬(wàn)點(diǎn)波形存儲量。實(shí)際的一個(gè)序列可能含有幾百個(gè)波形，波形中還帶有由邏輯和軟件狀態(tài)決定的條件跳躍和分支，符合條件的還要調用下一個(gè)序列。

　　AWG為驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員提供了多種方法生成模擬波形，包括規定波形和最壞情形波形。第一個(gè)方法是用內建的圖形編輯器提供的組建和波形操作內部工作環(huán)境(如圖3和圖4)；第二種方法通過(guò)公式編輯器創(chuàng )建信號，可提供更復雜的波形。公式編輯器將復雜數學(xué)函數匯編到模擬和數字等式中，圖5是產(chǎn)生分散頻譜時(shí)鐘的部分公式內容。還有一種很流行的方法是利用數字存儲示波器的記錄能力將波形記錄下來(lái)，然后轉到AWG內存中，通常這種轉移通過(guò)GPIB或LAN等外部控制方式來(lái)實(shí)現，也可以用軟盤(pán)。當波形轉入AWG存儲器以后，就好像是用圖形編輯器建立的一樣，可對它進(jìn)行編輯和回放。另外也可以從模擬程序如 MATLAB或MathCAD中下載 ASCII數據。